蒸馏及其在化工生产中的应用.ppt

蒸 馏 第一节　概 述 一、蒸馏及其在化工生产中的应用 蒸馏——通过加热造成气液两相体系，利用液体混合物各组分挥发性的差别或沸点的差别实现组分的分离与提纯的一种操作。 蒸馏分离的依据：液体混合物各组分挥发性（沸点）的差异。 挥发性高的组分，即沸点低的组分 (称为易挥发组分或轻组分) 挥发性低的组分，即沸点较高的组分 （称为难挥发组分或重组分） 加压蒸馏多用于（1）混合物在常压下为气体；（2）混合液沸点较低，用一般冷凝水无法冷凝。 减压（真空）蒸馏多用于（1）热敏性物料的分离；（2）常压下沸点较高，加热温度超出一般水蒸汽的加热范围。 蒸馏与蒸发的区别： 蒸发： （1）溶质不具有挥发溶剂具有挥发性； （2）通常浓缩液为产品； （3）传热过程 蒸馏： （1）各组分均具有挥发性； （2）通常冷凝液和残留液均为产品； （3）传质过程 二、汽液传质设备的分类 汽液传质设备的形式多样，用的最多的是板式塔和填料塔。 塔板是板式塔的核心，在塔板上，汽液两相密切接触，进行热量和质量的交换。在正常操作下，液相为连续相，汽相为分散相。 第二节　 两组分溶液的汽液相平衡关系 一、理想溶液的汽液相平衡关系 ——拉乌尔定律 定律内容：对于完全互溶的理想溶液，在一定的温度下当汽液两相达到平衡时，溶液上方汽相中任意组分的分压等于此纯组分在该温度下的饱和蒸汽压乘以其在液相中的摩尔分数。 泡点方程的意义：平衡物系的温度和液相组成关系。 【例题7-1】　已知在100℃时，纯苯的饱和蒸汽压为179.2kPa，纯甲苯的饱和蒸汽压为73.86kPa。试求总压力为101.3kPa下，苯-甲苯溶液在100℃时的汽、液相平衡组成。该溶液为理想溶液。 二、双组分理想溶液的汽液平衡相图 1．温度－组成（t-x-y）图 两条线：气相线（露点线） yA~t 关系曲线 液相线（泡点线） xA~t 关系曲线 温度－组成（t-x-y）图的讨论： （1）互成平衡的汽液组成点在同一条等温线上； （2）在某一温度下，汽液达到平衡时，yx，汽相线始终在液相线之上； （3）混合液沸点介于tA和tB之间; （4）在两相区内，温度升高液相中A组分浓度提高，温度降低汽相中A组分浓度提高； （5）平衡的汽液两相的量满足杠杆规则； （6）只有在两相区才能对混合液实行有效的分离。 温度－组成（t-x-y）图的应用： （1）确定温度—组成间的关系； （2）分析蒸馏及精馏原理 2．汽－液相组成（y—x）图 对角线 y=x 为辅助曲线 x~y曲线上各点具有不同的温度； 平衡线离对角线越远，挥发性差异越大，物系越易分离。 压力对x~y图的影响 压力增加，平衡线靠近对角线，分离难度大 ７-３ 若苯－甲苯混合液中含苯0.4（摩尔分数），试根据图7-3求： （1）该溶液的泡点温度及其平衡蒸汽的瞬间组成； （2）将该溶液加热到100℃，这时溶液处于什么状态？各相组成分别为多少？ （3）将该溶液加热到什么温度才能全部气化为饱和蒸汽?这时蒸汽的瞬间组成为多少？ 三、相对挥发度 1、挥发度 挥发度：用以表示液体挥发的难易程度的物理量。 混合液体中各组分的挥发度可用它在蒸汽中的分压和与之平衡的液相中的摩尔分数之比来表示，即 对于理想溶液，则： 2、相对挥发度 相对挥发度：溶液中易挥发组分的挥发度与难挥发组分的挥发度之比，称为相对挥发度。 对于理想溶液，则有： 整理上式得： 结论:相对挥发度的大小反映溶液用蒸馏的方法分离的难易程度。 【例题7-2】　根据附表中各温度下苯和甲苯饱和蒸汽压数据，计算苯－甲苯混合物在各温度下的相对挥发度。再由两端温度时的值求平均相对挥发度并写出相平衡方程。 第三节 简单蒸馏和精馏 一、简单蒸馏 使混合液在蒸馏釜中逐渐汽化，并不断将生成的蒸汽移出在冷凝器内冷凝，使混合液中的组分部分分离的过程。 ? 二、精馏原理 液体多次部分汽化同时进行汽体多次部分冷凝。 三、精馏装置及精馏操作流程 汽相：自下而上易挥发组分浓度逐渐增大。 液相：自上而下难挥发组分浓度逐渐增大。 温度：自上而下逐渐增大。 精馏装置主要由精馏塔、塔顶冷凝器、塔底再沸器构成，有时还配有原料预热器、回流液泵、产品冷却器等装置。 加料板：原料液进入的那层塔板。 精馏段：加料板以上部分。 提馏段：加料板以下的部分（包括加料板）。 精馏段的作用：自下而上逐步增浓气相中的易挥发组分，以提高产品中易挥发组分的浓度。 提馏段的作用：自上而下逐步增浓液相中的难挥发组分，以提高塔釜产品中难挥发组分的浓度。 再沸